解析 onsemi UF3C170400K3S碳化硅共源共柵JFET

在功率半導(dǎo)體領(lǐng)域，碳化硅（SiC）器件憑借其優(yōu)異的性能逐漸成為研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)。今天我們就來詳細(xì)剖析 onsemi 推出的一款碳化硅共源共柵 JFET——UF3C170400K3S，深入了解它的特性、應(yīng)用以及設(shè)計要點(diǎn)。

文件下載：UF3C170400K3S-D.PDF

產(chǎn)品概述

UF3C170400K3S 是一款基于獨(dú)特“共源共柵”電路配置的碳化硅 FET 器件。它將常開型的 SiC JFET 與一個硅 MOSFET 封裝在一起，從而提供了常關(guān)型的碳化硅 FET 特性。這種設(shè)計使得該器件具有標(biāo)準(zhǔn)的柵極驅(qū)動特性，能夠真正“無縫替換”硅 IGBT、硅 FET、碳化硅 MOSFET 或硅超結(jié)器件。

產(chǎn)品特性

電氣性能出色

• 低導(dǎo)通電阻：典型導(dǎo)通電阻 (R{DS(on), typ}) 為 410 mΩ，低導(dǎo)通電阻有助于降低導(dǎo)通損耗，提高功率轉(zhuǎn)換效率。在不同的工作溫度下，導(dǎo)通電阻會有所變化，例如在 (T{J}=125^{circ}C) 時，(R{DS(on)}) 為 780 mΩ；在 (T{J}=175^{circ}C) 時，(R_{DS(on)}) 為 1070 mΩ。
• 高耐壓能力：漏源極電壓 (V_{DS}) 最大可達(dá) 1700 V，能夠滿足高電壓應(yīng)用場景的需求。
• 低漏電電流：在 (V{DS}=1700 V)，(V{GS}=0 V)，(T{J}=25^{circ}C) 條件下，總漏極漏電電流 (I{DSS}) 最大為 60 μA；在 (T_{J}=175^{circ}C) 時，最大為 5.5 μA。這樣低的漏電電流可以減少待機(jī)功耗。
• 良好的反向恢復(fù)特性：反向恢復(fù)電荷 (Q{rr}) 和反向恢復(fù)時間 (t{rr}) 較小，例如在 (V{DS}=1200 V)，(I{S}=5 A)，(V{GS}=-5 V)，(R{G_EXT}=10 Ω)，(T{J}=25^{circ}C) 條件下，(Q{rr}) 為 70 nC，(t{rr}) 為 29 ns；在 (T{J}=150^{circ}C) 時，(Q{rr}) 為 67 nC，(t{rr}) 為 27 ns。這有助于減少開關(guān)損耗，提高開關(guān)頻率。

熱性能優(yōu)越

• 高溫工作能力：最大工作溫度可達(dá) 175 °C，在高溫環(huán)境下仍能穩(wěn)定工作，這對于一些需要在惡劣環(huán)境下工作的應(yīng)用非常重要。
• 低結(jié)到外殼熱阻：熱阻 (R_{θJC}) 典型值為 1.2 °C/W，最大值為 1.5 °C/W，能夠快速將熱量散發(fā)出去，保證器件的可靠性。

其他特性

• 低柵極電荷：總柵極電荷 (Q{G}) 較小，在 (V{DS}=1200 V)，(I{D}=5 A)，(V{GS}=-5 V) 到 (15 V) 條件下，(Q_{G}) 為 27.5 nC，這有助于降低驅(qū)動功率，提高開關(guān)速度。
• 低固有電容：輸入電容、輸出電容和反向傳輸電容等都比較低，能夠減少開關(guān)過程中的充放電時間和損耗。
• ESD 保護(hù)：達(dá)到 HBM Class 2 等級，具有一定的靜電防護(hù)能力，提高了器件在實際應(yīng)用中的可靠性。
• 環(huán)保設(shè)計：該器件無鉛、無鹵，符合 RoHS 標(biāo)準(zhǔn)，滿足環(huán)保要求。

典型應(yīng)用

電動汽車充電

在電動汽車充電系統(tǒng)中，需要高效、高功率密度的功率轉(zhuǎn)換器件。UF3C170400K3S 的低導(dǎo)通電阻和低開關(guān)損耗特性可以提高充電效率，減少發(fā)熱，同時其高耐壓能力也能夠滿足充電系統(tǒng)的電壓需求。

光伏逆變器

光伏逆變器需要將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，對功率轉(zhuǎn)換效率和可靠性要求較高。這款器件的優(yōu)異性能可以降低逆變器的功耗，提高能量轉(zhuǎn)換效率，并且在高溫環(huán)境下也能穩(wěn)定工作。

開關(guān)電源

在開關(guān)電源中，該器件可以實現(xiàn)高效的電壓轉(zhuǎn)換和功率傳輸，其低開關(guān)損耗和高開關(guān)頻率特性有助于提高電源的功率密度和效率。

功率因數(shù)校正模塊

功率因數(shù)校正模塊可以提高電網(wǎng)的電能利用效率，UF3C170400K3S 的性能特點(diǎn)能夠滿足該模塊對功率器件的要求，提高功率因數(shù)校正效果。

電機(jī)驅(qū)動

在電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)中，該器件可以用于控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，其快速的開關(guān)速度和低損耗特性能夠提高電機(jī)驅(qū)動的性能和效率。

感應(yīng)加熱

感應(yīng)加熱系統(tǒng)需要高頻、高效的功率器件，UF3C170400K3S 能夠提供所需的高頻率和低損耗，實現(xiàn)高效的感應(yīng)加熱。

設(shè)計要點(diǎn)

PCB 布局

由于該器件具有較高的 dv/dt 和 di/dt 速率，因此在 PCB 布局設(shè)計時，需要盡量減小電路的寄生參數(shù)，如寄生電感和寄生電容。合理的布線和元件布局可以減少干擾和噪聲，提高電路的穩(wěn)定性和可靠性。

外部柵極電阻

當(dāng) FET 在二極管模式下工作時，建議使用外部柵極電阻，以實現(xiàn)最佳的反向恢復(fù)性能。合適的柵極電阻可以控制開關(guān)速度和開關(guān)損耗，同時避免出現(xiàn)過沖和振蕩等問題。

總結(jié)

onsemi 的 UF3C170400K3S 碳化硅共源共柵 JFET 以其優(yōu)異的電氣性能、熱性能和環(huán)保特性，在多個功率應(yīng)用領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。電子工程師在設(shè)計相關(guān)電路時，需要充分考慮其特性和設(shè)計要點(diǎn)，以實現(xiàn)最佳的系統(tǒng)性能。大家在實際應(yīng)用中有沒有遇到過類似器件的問題呢？歡迎在評論區(qū)交流分享。